The effects of a transient heat load on tungsten damaged by helium plasma irradiation have been investigated using a ruby laser with long pulse duration in the divertor simulator NAGDIS-II (Takamura et al2002 Plasma Sources Sci. Technol.11 A42). The pulse width of the ruby laser was ∼0.6 ms, which is close to that of the expected heat load accompanied by type-I edge localized modes (ELMs) in ITER operation. Helium holes/bubbles, which were formed in the surface region of powder metallurgy tungsten due to the exposure to the helium plasma, disappeared after the laser pulse irradiation to the tungsten surface with sufficient pulse energy. The results indicated that the transient heat loads similar to those expected by ELMs will mitigate damages such as bubbles and holes produced by helium irradiation. When a vacuum plasma sprayed tungsten coating on graphite was exposed to the helium plasma, the surface was covered with arborescent nanostructured tungsten containing many helium bubbles inside the structure. Melting traces were found on the surface after the laser pulses irradiated the surface even though the pulse energy was lower than that for melting bulk tungsten. A numerical temperature calculation of the sample suggested that the effective thermal conductivity near the surface dramatically decreased by several orders of magnitude due to the formation of nanostructured tungsten.
ヘリウムプラズマ照射によって損傷したタングステンに対する過渡的熱負荷の影響が、ダイバータ模擬装置NAGDIS-IIにおいて長パルス幅のルビーレーザーを用いて調査された(Takamura et al2002 Plasma Sources Sci. Technol.11 A42)。ルビーレーザーのパルス幅は∼0.6 msであり、これはITER運転におけるタイプI周辺局在モード(ELMs)に伴うと予想される熱負荷のパルス幅に近い。粉末冶金タングステンの表面領域にヘリウムプラズマへの曝露によって形成されたヘリウムホール/バブルは、十分なパルスエネルギーでのタングステン表面へのレーザーパルス照射後に消滅した。結果は、ELMsによって予想されるものと同様の過渡的熱負荷が、ヘリウム照射によって生成されたバブルやホールなどの損傷を軽減することを示した。グラファイト上の真空プラズマ溶射タングステンコーティングがヘリウムプラズマに曝露されると、表面は構造内部に多くのヘリウムバブルを含む樹枝状ナノ構造タングステンで覆われた。バルクタングステンを溶融させるためのパルスエネルギーよりも低いエネルギーであったにもかかわらず、レーザーパルスが表面を照射した後、表面に溶融痕が見つかった。試料の数値温度計算は、ナノ構造タングステンの形成により、表面近傍の実効熱伝導率が数桁にわたって劇的に低下することを示唆した。